Технология литья полимеров под давлением и ее особенности

Конструкция форм, предназначенных для литья  изделий из вспененных термопластов, соответствует конструкции литьевых форм. Если впрыск в поверхность  извлечения невозможен, используют трехсекционные формы или же в качестве оптимального решения – горячекональные.

Поскольку содержащий порообразователь материал в состоянии расплава является пенообразующим, нагреваемый канал на входе и  на выходе должен замыкаться, чтобы  в канале не произошло расплавление или дегазация расплава (рис.8.75).

Следует отметить большие размеры литниковых каналов, применяемых в процессе литья изделий из вспененных термопластов. В остальном технология литникового  канала не отличается от технологии, используемой при изготовлении обычных изделий. При литье изделий большой площади с положительной стороны зарекомендовало себя использование стержневого литника напрямую или через распределительные каналы. Возможно так же применение щелевых и многощелевых литников с разводящими каналами. При заполнении формы особое значение имеет управление воздухом, находящимся внутри. Воздух без значительных потерь газо-порообразователя должен отводится через вентиляционные каналы, уступая место расплаву. Равномерное заполнение гнезда литьевой формы зависит от правильного управления отводом воздуха.

Инжекционно-газовое  литье (ИГЛ)

Материалы

В качестве дополнения к обычному литью под  давлением для изготовления толстостенных  и тонкостенных ребристых изделий  применяется технология литья термопластов с использованием газа. Она получила широкое распространение с 1990-х годов. ИГЛ позволяет изготавливать толстостенные изделия без впадин и с незначительными внутренними напряжениями, экономя при этом материал.

Литьевые  машины с дополнительным оборудованием, предназначенные  для ИГЛ

Основная  идея, на которой основан метод  ИГЛ, - введение газообразной технологической  среды (инертный газ, например, азот) в  гнездо литьевой формы сразу после  подачи в него расплава (рис.8.76). Газ пробивает себе путь на участке наименьшего сопротивления, в первую очередь, устремляясь в утолщения или выступы, где имеется пластичное ядро. Вытесняемый таким образом полимерный материал продолжает свой ход по путям течения и заполняет полости, до сих пор заполненные лишь частично. Литьевые машины для этого метода сконструированы в расчете на изготовление изделий с оптимальным качеством поверхности и простоту обслуживания самой установки. Технологическая установка ИГЛ состоит из узла газоочистки, мундштука и специального устройства управления.

Технология  ИГЛ

Газоочистительная установка оборудована разъемным  соединением с устройством управления. Переход от обычного литья под  давлением к использованию литья  с газом требует лишь незначительного  переоборудования. Из соображений безопасности в качестве газа используют азот.

Агрегат газоочистки (рис.8.77) оборудован одним газовым  и одним гидравлическим контуром. Все регулирующие устройства расположены со стороны гидравлического контура. Поршневые накопители образуют переходное устройства между двумя средами.

Максимальное  давление газа в установке составляет 450 бар, однако в особых случаях оно  может быть увеличено с помощью  соответственных конструктивных мер. В газоочистительной установке (рис.8.77) азот, поступающий из стандартного газового баллона (а), предварительно сжимается в поршневом накопителе (b). Максимальный объем газа при свободно выбираемом давлении предварительного заполнения может быть задан в соответствии с существующей необходимостью. Таким образом, установка может быть настроена на определенный размер изделия и постоянно находится в оптимальном рабочем режиме. Предварительно сжатый газ во втором накопителе (с) через клапан с пропорциональным управлением (d)  уплотняется до нужного динамического давления. Очистка газа не влияет на время цикла литьевой машины, поскольку она происходит в период дозирования расплава. Сигналом к началу цикла литья является завершение процесса очистки газа.

Ввод газа начинается в зависимости от положения  шнека, причем газ через клапан поступает  в мундштук. С помощью клапана  с пропорциональным управлением (d) на устройстве управления машиной может  быть задан профиль давление газа.

Начало  ввода газа, зависящее от положения  шнека, гарантирует, что к этому  моменту в форме будет находиться постоянный объем расплава. Как видно из распределения давления, в ходе литья при высоком давлении газа (рис.8.78) условное заполнение формы расплавом в зависимости от хода шнека прекращается в точке переключения на подпитку (фаза а – с на рис. 8.78). Затем образуется газовый пузырь (d), после чего следует подпитка газа (е). Подпитка газом аналогична подкидке расплавом в процессе обычного литья  под давлением. По завершении процесса подпитки начинается возврат ( рециркуляция) газа. При этом газ возвращается в оба накопителя и таким образом по большей части может быть использован вновь, что снижает его расход.

После того как газ через выравнивание давления будет откачан из изделия, литниковый канал может быть загерметизирован. Для этого открывается материальный затвор мундштука, впрыскивается определенное количество полимерного сырья, после чего затвор вновь закрывается. Таким образом, отверстие впускного литника оказывается закрытым пробкой из материала. В качестве регулируемых величин, используемых для необходимого перемещения шнека, следует назвать точку пути шнека, удельное давление и скорость впрыска.

Для ИГЛ решающую роль играет разделение газа и расплава на этапах заполнения. Эта задача решается с помощью мундштука особой конструкции. Он имеет механически управляемый  игольчатый затвор, который может  быть использован как в процессе ввода и рециркуляции газа, так  и при обычном литье.

Литьевые  формы

При изготовлении тонкостенных изделий газ в каналы вводят направленно. Это позволяет  добиться изготовления плоских изделий  с низким внутренним напряжением  и со значительным соотношением толщины  стенок к пути течения.

При расчете конструктивных параметров литьевой формы важно  учитывать правильное соотношение  толщины стенок изделия и ширины газового канала, которое следует  задавать в диапазоне от 1:2 до 1:3. При проектировании изделий,  которые  изготавливаются литьем с газом, очень хорошо знать все детали этой технологии. При расчете конструктивных параметров формы следует ориентироваться  на условия протекания процесса.

Многокомпонентное литье под давлением

По технологии многокомпонентного литья из полимеров  различного типа могут быть изготовлены  изделия, для которых характерны специфические свойства.

• Монолитный наружный слой и вспененная середина;
• Монолитный наружный слой и монолитная середина;
• Вспененный наружный слой и монолитная середина

Материалы

В основном используется сочетание монолитного наружного слоя со вспененной сердцевиной. Изготовленные подобным образом детали обладают известными преимуществами изделий со вспененной структурой, однако имеют качество поверхности, сравнимое с тем, которое достигается в процессе литья под давлением. Так, например, изделия с толщиной стенок от 5 до 6 мм снаружи изготавливаются из ПС, а внутри – из вспененного ПС или из вспененного вторичного сырья.

Сочетание армированных и неармированных полимеров позволяет  изготавливать изделия с высококачественными  поверхностями  при низких расходах на сырье.

Для упаковки и складских  емкостей принято использовать сочетание  ПЭ и ПП с СЭВС (сополимер этилена  с виниловым спиртом), что способствует снижению паропроницаемости. Другим вариантом сырья является сочетание первичных материалов с материалами вторичной переработки.

Литьевые  машины, используемые в процессе многокомпонентного литья

От обычных литьевых машин эти машины отличаются узлом  впрыска (рис.8.79). Используются два литьевых агрегата, связанные между собой  двухканальным мундштуком. Управление и регулировка многокомпонентных  литьевых машин осуществляется посредством  микропроцессорных систем. Из-за особого  значения процесса впрыска для данного  метода необходима его регулировка. 

Описание  технологии

цель технологии многокомпонентного литья – такое  заполнение полости, которое при  безукоризненном качестве поверхности  изделия позволило бы обеспечить как можно более равномерное распределение сердцевинного материала до его застывания. Такой цели проще достичь при изготовлении вращательно-симметричных изделий, чем при изготовлении несимметричных изделий с отверстиями неправильной формы и разницей в толщине стенок. В последнем случае, помимо специфичных моментов, касающихся изделий и литьевых форм, особую важность принимает знание технологических факторов воздействия. Так, например, необходимо согласовать друг с другом вязкость внешнего и сердцевинного материалов, что позволяет добиться оптимального их распределения. Вязкость внешнего материала должна быть ниже вязкости сердцевинного материала. Для того чтобы достичь хорошего качества изделий без отпечатков и различий ее глянцевитости, необходим процесс впрыска с одновременной фазой.

Это означает, что  впрыск сердцевинного материала  начинается еще до завершения впрыска сырья, предназначенного для наружного слоя. Таким образом, на распределение давления внутри гнезда литьевой формы оказывает воздействие, препятствующее появлению, как пиков, так и обрушения давления, которые стали бы причиной следов на поверхности изделий. За счет правильного выбора параметров переработки можно добиться равномерного распределения толщины стенок изделий и на участках, близких к литнику, и на участках, удаленных от него.

Литьевые  формы

Литьевые формы, предназначенные  для многокомпонентного литья, сконструированы  так же, как и формы для обычного литья под давлением. В данном случае нет необходимости для принятия особых мер. Отличия от обычных литьевых форм следует искать в размещении литника и в его типе. В большинстве случаев по возможности следует стремиться к равномерному распределению сердцевинных компонентов до завершения пути течения. В значительной степени на этот факт может повлиять расположение литника.

При выборе места  расположения литника следует принимать  во внимание, что сначала впрыскивается  некоторое количество оболочного материала, и что после этого оболочный и сердцевинный материалы впрыскиваются одновременно. В принципе можно использовать большинство типов литниковых каналов, известных по обычному принципу литья под давлением, однако часто возникает необходимость изменения их геометрических параметров. Допустимыми параметрами являются стержневой, щелевой, точечный и туппельный литниковый каналы,  но использование для многокомпонентного литья под давлением обычно горячеканальной литниковой системы невозможно, поскольку в этом случае в нагреваемом канале смешался бы оболочный и сердцевинный материалы. Тем не менее, существуют горячекональные литниковые системы, которые были разработаны специально для многокомпонентного литья под давлением.  

Основные  дефекты, возникающие  при литье полимеров  под давлением  и рекомендации по их устранению